5. CMYK 与 RGB

RGB是指光,色光;CMYK通常是指印刷油墨,也可以表达色光。

讨论色光时,其实是光是直接照射到眼睛里之后,成为人眼看到的颜色。 讨论印刷油墨时,其实是表示白光照射在油墨上,被油墨吸收了一部分色光,其余的未被吸收的色光反射出来再进入到人眼里,即人眼看到的颜色。

RGB色光互相混合时,使用的原理是色光加色法; CMYK油墨互相混合时,使用的原理是色料减色法。(色料即油墨) CMYK色光不是一级色光,我们后面会有描述。(RGB是一级色光)

上面是简短的概述,下面详细说。

5.1. 先说RGB

RGB就是指红绿蓝三种色光,混合时应用色光加色法原理。

我们日常接触的几乎所有发光的东西,基本上都用的是RGB原理,比如最典型的就是手机屏幕、电脑屏幕,再比如电视机,或者家里照明用的灯等等。

RGB本质上是一种对光进行讨论时所使用的方法论,它不能完全代表所有的色光,但对于我们理解色光原理来说,RGB基本上就够用了。

理论上,我们在手机屏幕上看到纯白色时,其实是由三种颜色的色光相叠加所共同构成的,即白色=R+G+B,即白色是由红光+绿光+蓝光一起得到的,看到白色其实就是同时看到红色+绿色+蓝色,但由于三个颜色混合在一起,所以人眼没办法识别出其中的红色、绿色和蓝色,只能看到三者混合后的白色。如果在手机上看到纯红色,那么就表示手机上绿色和蓝色的元件没有发光,只有红色元件发光。而手机显示的黑色,则是RGB三种元件都不发光。所以,手机屏幕全部显示纯黑色,与手机关机,其实是一样的:RGB都不发光。

从这个角度解释,结果就是,我们在手机上看到的任何颜色,都是RGB三种颜色的不同配比的结果。

这个原理可以推广到生活中几乎所有的发光设备上,比如电视机、平板电脑、电脑屏幕、智能手表屏幕、灯炮等等。其中灯泡稍微特殊一些,它的构造太简单,简单到没有RGB,只有一个发光体,直接发射白光,但这个白光可以分解为RGB。

中学的时候学过,通过三棱镜进行光的色散实验,让白光分解成各种彩色的光。这说明,白光是合成光,是多种单色光一起混合得来,RGB才是基础的单色光。

如上所述,你在手机屏幕上看到白色的时候,是RGB三种色光都进入到你的眼睛里;看到单纯红色的时候,其实是RGB三种光只有R进入到你的眼睛,另外的G和B都没进入眼睛。延伸一下,如果人眼接收分析光的量与人体能量消耗成正比的话,那么屏幕显示白色时消耗人体能量最多,显示红色时消耗人体能量相对较少;绿色或蓝色同理,显示黑色时消耗人体能量最少。

灰色,理论上是白色与黑色的中间颜色。在RGB原理中,如果白色表示为100%的R加上100%的G加上100%的B,能量上为300%,即为白;灰色则为50%的R加上50%的G加上50%的B,能量上为150%,即为灰。(这里的比率主要为了理解,事实可能并非如此)

那么什么是色光加色法?:

色光加色法主要是指RGB三种一级色光两两混合后生成二级色光CMY的混合原理。因为是加法运算,对象又是色光,所以叫色光加色法。换个说法就是,RGB色光互相混合所产生的颜色相叠加的过程。色光添加越多,呈现的颜色越接近白色。

色光加色法的一个重要基础是:色光是透明的。关于颜色与透明这一点,我们中学化学的学习过程中应该有过了解,有一些液体是有色且透明的,另外有一些是有色但不透明的。色光透明,就意味着色光相叠加时,相互间不会被遮挡或覆盖掉,从而显示出混合后的新的颜色效果。如果色光不透明,就很难想象会是什么结果,很可能色光加色法即RGB原理就不存在了。

在色光加色法原理中,RGB是一级色;RGB两两混合后,生成的颜色CMY为二级色。混合时通过混合比率的调整,可以生成成千上万种颜色。注意,这里的CMY是色光,不是油墨。混合计算方式如下:

  • R+G=Y

  • G+B=C

  • B+R=M

  • R+G+B=W

其中

  • R:红色光

  • G:绿色光

  • B:蓝色光

  • C:青色光

  • M:品红色光

  • Y:黄色光

  • W:白色光

5.2. 再说CMYK

CMYK四个字母放在一起表达时,通常是说色料而非色光,色料指印刷用的油墨。

CMYK就是指四种颜色的印刷油墨,CMYK分别对应青色、品红色、黄色、黑色这四种油墨。用CMYK这四种油墨可以印刷出成千上万种颜色的彩色印刷品,就像RGB三种色光可以混合出成千上万种颜色一样。

油墨的本质是用来吸收特定色光,剩下的未被吸收的色光则被反射出来进入人眼,成为人眼看到的颜色。所以,人眼看到的,其实是从纸张表面反射出来的未被油墨吸收的色光。对于日常照明环境来说,默认照射到纸张上的光是白光。所以,如果在白纸上印刷了某一种颜色的油墨,那么人眼看到的,其实是油墨吸收了特定的色光后,反射的剩余色光的颜色(白色-特定色光=人眼看到的色光),这里出现了减法。被反射的色光是人眼看到的;被吸收的色光,人眼看不到,消失了,因为色光被油墨吸收后就不存在了。

正常情况下,室内,一张白纸,如果上面什么都没有印,那么我们看到的,就是白色。这个白色,不是纸在发光,而是纸反射了白光。这里的白光,其实就是室内的环境光,也可以是日光。环境光或者日光照射到白色纸张上以后,白色纸张没有吸收任何部分,全部反射出来,反射出来后则全部进入到人的眼睛里,被人看到。因为进入人眼的光是纸张反射出来的全部白光,所以人眼看到的是白色。当然,如果是在开了霓虹灯的KTV房间里看同样的那张白纸,有可能不是白色,因为KTV里的霓虹灯是各种彩色的光。白纸如果是在红光环境下,那么人眼看到的原本白色的纸张则是红色,而不是白色,即白纸变成了红纸:因为环境光的变化,导致人眼看到的白纸的颜色也发生变化。KTV这个例子其实说明了白色物体的本质:能反射全部色光的物体颜色,就是白色,比如白牛奶、白墙;同理,吸收全部色光,什么光都不反射的物体,就是黑色的,比如黑色的鼠标、手机壳。

同理,家里白色的瓷器、白色的插座、白色的毛巾、白色的床单,等等,都是因为反射了全部环境光,没有吸收任何色光,才呈现白色。如果物品不是白色,那么一定有某种色光被它吸收了,没有反射到人眼里,剩余未吸收的色光反射出来,被人眼看到。因为看到的不是全部白光,所以看到的就不是白色。

所以,我们看到了白纸的白色,而不是红色或者绿色什么的。那么,白光如果没有全部反射,即白光的一部分被纸张吸收,剩下的另一部分被反射到眼睛里,这个过程是什么样的呢?

比如,CMYK中的C油墨印在纸上后,人眼会看到青色(C油墨就是青色油墨),这是因为青色油墨吸收了照射到纸张上的白光中的红光部分;白光去掉红光,就只有剩下的绿光+蓝光,这些未被吸收的绿光+蓝光反射到眼睛里,就是我们看到的颜色,即青色:绿光+蓝光=青色光。青色油墨吸收红光而呈现青色是青色油墨存在的意义。所以,C油墨印在纸上,并不是C油墨发射绿光+蓝光,而是C油墨吸收白光中的红光,导致白光中的红光消失,剩下绿光+蓝光没有被油墨吸收,就反射出来,即反射了白光减红光,而白光减红光=White-R=(R+G+B)-R=G+B=青色,这也解释了为什么白光减红光后会呈现青色光。白色纸张上所有印刷了C油墨的地方,都会吸收红色反射青色,未印刷任何油墨的地方,仍然反射全部白光。最终的结果就是,人眼在白色纸张上看到了白色-红色=青色的内容和白色的白纸。

因为C油墨把白光中的红色吸收了,即减去了,这就是减法,即减色法。本来有RGB三种色光反射到人眼,因为印刷了C油墨,就变成只有GB两种色光反射到人眼:R被油墨吸收了,消失了,未吸收的那些剩余的光才能反射出来进入人眼。

(上面这一段论述有四个前提,第一个前提是CMYK中的C油墨的作用是吸收红光;第二个前提是,白光由R+G+B混合而成,即红光+绿光+蓝光=白光;第三个前提是,G+B=C,即绿光+蓝光=青色光;第四个前提是,纸张本身是白色,不能是红纸或其它颜色的纸。这些前提是基础原理,这里不再展开讨论)

再看印刷C+M两种油墨的情况。两种油墨叠加在一起印刷到白纸上,那么白光照射到纸上后,C油墨吸收红光,M油墨吸收绿光,导致白光照射到纸上以后,C+M两种油墨叠加的地方,红光和绿光都被吸收,只有蓝光没吸收被反射出来,所以,我们看到的就是,白纸上有蓝色。这个蓝色,是白光-红光-绿光得到的。White-R-G=(R+G+B)-R-G=B=蓝色光。 (这一段需要一个前提,就是油墨是有颜色的,且是透明的)

总结一下,C油墨印刷的结果,导致本应该反射到眼睛里的白光,变成了白光减红光,C+M油墨的结果,则导致反射到眼睛里的是白光-红光-绿光。这表明,随着色料(即油墨)的叠加,色光会越来越少,因为色料本身的作用是吸收特定色光,色光被吸收就会消失,人眼就看不到。

色料叠加,导致色光减少,这里的色光减少就是色料减色法的由来。

CMYK需要印刷在纸上,也可以印刷到其它介质上,比如塑料上,或者铁皮上,来达到彩色效果。

这里有一个问题,即从原理上看,其实只需要CMY三个就够了,不需要K这个黑色。但实际应用时,种种问题导致需要K这个黑色油墨,下面是三个主要原因:

  1. 印刷黑白的书籍,比如一本小说,除了封皮以外,内文通常只有黑色。如果只用黑色油墨,显然成本更低,而使用CMY混合得到的黑色,成本更高;

  2. 除了成本以外,单独黑色印刷,工艺更简单,质量也更高;而使用CMY混合黑色,工艺相对复杂,质量也不如单黑色可靠,其中一个主要的地方就是CMY需要套准,而单黑则不存在套准问题;

  3. 理论上,CMY混合可以得到黑色,但由于CMY油墨的纯度原因,导致CMY混合得到的黑色偏棕褐色。同理,使用墨粉的彩色激光打印机在使用CMY墨粉混合成黑色时,由于墨粉及其它一些原因,导致混合黑会偏绿,也不是纯正的黑色。

还有一个问题,就是为什么是CMY。原因是,CMYK本质上也是在处理RGB,所以,CMY分别对应了RGB,即C油墨吸收红色光R,M油墨吸收绿色光G,Y油墨吸收蓝色光B。这是色料的本质,可能参考下面的说明。

色料减色法:

色料即油墨,主要是指CMYK四种油墨,即青色油墨、品红色油墨、黄色油墨、黑色油墨。其中,CMY三种色料两两混合后得到RGB颜色的过程就是色料减色法原理。在混合过程中,对于色料CMY来说是加法,但生成的结果RGB色光却是减法,所以叫做色料减色法。换个说法就是,CMY色料互相混合所产生的色光被减去的过程。

色料添加的越多,被吸收的色光越多,能够反射出来的色光也就越少,人眼看到的颜色就越接近黑色。完全的黑色等同于没有任何色光进入人眼。

色料的本质是吸收特定色光,具体如下:

  • C油墨吸收红色光R

  • M油墨吸收绿色光G

  • Y油墨吸收蓝色光B

在色料减色法原理中,CMY是一级色;CMY两两混合后,得到的颜色为二级色,即RGB。注意,这里的CMY是指油墨(色料),不是指色光。混合方式如下:

  • C+M=B

  • M+Y=R

  • Y+C=G

其中,

  • C:青色油墨

  • M:品红色油墨

  • Y:黄色油墨

  • B:蓝色光

  • R:红色光

  • G:绿色光

色料减色法有一个可能混淆的地方,就是CMY做为色料,理解为色光好像也可以。从混合过程来看,确实是这样。但从印刷角度看,我们需要理解的一个点是,油墨本身不发光,而是吸收白光后反射出剩余的色光,即从白光中减去某些色光,这才是色料减色法的本质:色料增加,色光则被减去。

重点:CMY色料不发光。

CMY色料吸收特定色光,反射未吸收的剩余色光,这些未被吸收的剩余色光才是人眼看到的颜色。

思考一个简单的问题:

为什么手机屏幕或者电脑屏幕在关机以后,屏幕都是黑颜色的?可不可以是其它颜色,比如红色,或者绿色?为什么?(家里的LED灯关掉后,可以看到灯泡或灯珠大概是白色或者黄色的。)

最近一次更新:2024年7月10日